一种应用于光电半导体快速升降温制程的温度控制方法 【技术领域】
本发明涉及一种温度控制方法，尤其涉及一种应用于光电半导体快速升降温制程的温度控制方法，使用闭回路控制温控点，并将温度场加以分区、独立控制，可即时调变各区域电热调整器输出电流，以期符合目标制程温度。
背景技术
中国台湾省公开编号第200741882号，申请案号第96108458号(用以快速热处理基材的适度控制法)，其为：一种在一时距(time interval)期间控制位于一处理室中的一基材的温度的方法，其中所述基材包括至少一区域，所述方法至少包含：
在时距前，测量所述基材的各区域的温度；
依据各区域在至少一先前时距时的一热行为来计算各区域于所述时距时的一即时加热速率；
依据所述即时加热速率来决定各区域的一输入功率，使各区域于所述时距终了时达到一预定温度；
以及施加各区域的所述输入功率至各对应的区域。
参阅图1所示，现有技术的适度控制法流程图，其步骤为：一、测量高温区温度121；二、决定即时加热速率122；三、计算升温速率123；四、计算高温区功率124；五、计算照灯群组功率125；六、加热基材126。
上述前案，其是依据基材在热处理期间的光学特性，选用即时适度控制演算法或各种基材类型的固定控制演算法，以控制热处理制程。
本发明是使用闭回路控制温控点，并将温度场加以分区、独立控制，可即时调变各区域电热调整器输出电流，以期符合目标制程温度。
是以，针对上述现有结构所存在的问题点，如何开发一种更具理想实用性的创新结构，实消费者所殷切企盼，也相关业者需努力研发突破的目标及方向。
有鉴于此，发明人本于多年从事相关产品的制造开发与设计经验，针对上述的目标，详加设计与审慎评估后，终得一确具实用性的本发明。
【发明内容】
本发明欲解决的技术问题点：现有前案，其是依据基材于热处理期间的光学特性，选用即时适度控制演算法或各种基材类型的固定控制演算法，以控制热处理制程，但是其仍有不尽完美之处。
解决问题的技术特点：本发明提供一种应用于光电半导体快速升降温制程的温度控制方法，运用比例、微分、积分控制器及热偶计回馈的压电信号与设定的目标温度(T.C_E)误差，进行闭回路控制，形成温控点(T.C_C)。为维持均匀的晶圆制程温度，将温度场分割为多区控制系统，将每一区域的电热调整器所需的输入电流信号予以参数化(K Value)，以达到各区域温度可独立控制的目的。另外设立安全监控点，以及总输出功率曲线做为分析目标，限制各区域温度的上、下限与输出功率值，避免因温控点或独立控制区域输出功率不足或超载，而降低晶圆反应的良率或导致系统毁损。
对照现有技术的功效：本发明较佳的功效为，将温度场分割为多区控制系统，将每一区域的电热调整器所需的输入电流信号予以参数化(K Value)，可以达到各区域温度可独立控制的目的；并且另设立安全监控点，以及总输出功率曲线做为分析目标，限制各区域温度的上、下限与输出功率值，可避免因温控点或独立控制区域输出功率不足或超载，而降低晶圆反应的良率或导致系统毁损。
有关本发明所采用的技术、手段及其功效，举一较佳实施例并配合附图详细说明于后，相信本发明上述的目的、构造及特征，当可由的得一深入而具体的了解。
【附图说明】
图1是现有技术演算法的流程图；
图2是本发明的即时制程反应图；
图3是本发明电热设备温度控制系统示意图；
图4是本发明的温控点实施方式示意图；
图5是本发明的分区温度控制方式示意图；
图6是本发明的K数值(K value)演算法示意图；
图7是本发明的分区控制方式示意图；
图8是本发明的比例、微分、积分控制(PID)参数表图；
图9是本发明的手动测试介面示意图；
图10是本发明的安全监控参数介面图；
图11是本发明的每一区域的电热调整器所需的输入电流信号予以参数化(K Value、热补偿比例(Ratio)、补偿时间(Ratio time))地设定介面图。
附图标记说明：1-制程目标温度曲线；2-目前制程温度曲线；3-电热设备总输出功率曲线；4-制程中反应用气体流量曲线；5-温控点感测器读值；6-安全监控点感测器读值；10-电热设备温度控制系统；11-控制系统；12-加热/致冷系统；13-目标温度比对；14-制程时间；20-目标温度；30-冷却；T-目标温度；41-现在温度与目标温度的误差值(ε)；42-现在温度值(T.C_E)；43-比例、微分、积分控制(PID)；44-功率调整器(SCR)；45-高温计/光测高温计(Sensor)；51-现在温度与目标温度的误差值(ε)；52-温控点(T.C_C)；43-K数值(K value)；54-功率调整器(SCR)；55-高温计/光测高温计(Sensor)；56-独立区域控制的加热源(Lamp group)；61-整流器；62-数字、模拟信号转换(A/D)；63-线性化；64-参数化PID controller；65-数字、模拟信号转换(D/A)；66-功率控制器；67-独立区域chamber；70-～79-控制区域；81-制程种类选择；82-升温时间设定；83-目标温度设定；84-制程气体流量设定；85-各制程段比例、微分、积分参数设定；91-手动制程气体流量选择及控制；92-手动加热区域(加热源群组Lamp group)选择；93-加热区域电流值、加热源累积寿命时数监控；101-监控系统安全温度上、下限设定；102-警示判定时间设定；111-参数线性化演算系统；112-K Value、Ratio(比例)参数设定页面；113-Ratio Time整体功率补偿时间设定；121-测量高温区温度；122-决定即时加热速率；123-计算升温速率；124-计算高温区功率；125-计算照灯群组功率；126-加热基材。
【具体实施方式】
本发明提供一种应用于光电半导体快速升降温制程的温度控制方法。
所述应用于光电半导体快速升降温制程的温度控制方法，运用比例、微分、积分控制器及热偶计回馈的压电信号与设定的目标温度(T.C_E)误差，进行闭回路控制，形成温控点(T.C_C)。为维持均匀的晶圆制程温度，将温度场分割为多区控制系统，将每一区域的电热调整器所需的输入电流信号予以参数化(KValue)，以达到各区域温度可独立控制的目的。另外设立安全监控点，以及总输出功率曲线做为分析目标，限制各区域温度的上、下限与输出功率值，避免因温控点或独立控制区域输出功率不足或超载，而降低晶圆反应的良率或导致系统毁损。
参阅图2所示为本发明的即时制程反应示意图，其包含有一制程目标温度曲线1、一目前制程温度曲线2、一电热设备总输出功率曲线3、一制程中反应用气体流量曲线4、一温控点感测器读值5和一各安全监控点感测器读值6，所述目前制程温度曲线2包含温控点与各独立监控点所述电热设备总输出功率曲线3用以判定系统输出是否异常，避免系统因输出功率过高，导致系统毁损，所述温控点感测器读值是系统功率控制的主要参考目标，所述各安全监控点感测器读值6包括参考温控点的值，并可通过K value进行独立调整。
参阅图3所示，是电热设备温度控制系统示意图，一电热设备温度控制系统10，所述电热设备温度控制系统10包含有一控制系统11、一加热/致冷系统12、一目标温度比对13和一制程时间14，其中首先为一设定目标温度20，所述设定目标温度20及制程参数给所述控制系统11，所述控制系统11进行所述目标温度比对13，即由回馈信号得知目前温度与目标温度的误差值，以所述加热/致冷系统12进行加热(输出功率至调整器)或冷却(水冷/制程气体/关闭加热源)，使目前温度贴近于目标值，经所述制程时间14确认，关闭加热模块，进行冷却30至安全温度后开启腔体。
温控点(参阅图4所示)：
所述温控点包含有一目标温度T，所述目标温度T经过一现在温度与目标温度的误差值(ε)41、一现在温度值(T.C_E)42、一比例、微分、积分控制(PID)43与一功率调整器(SCR)44，所述功率调整器(SCR)44可由K value调整输出功率的比例，一高温计/光测高温计(Sensor)45，所述高温计/光测高温计(Sensor)45连结于所述功率调整器(SCR)44后方至所述现在温度与目标温度的误差值(ε)41处，使所述现在温度与目标温度的误差值(ε)41可以接收现在温度作相关计算。
分区温度控制(参阅图5所示)：
所述温控点包含有一目标温度T，所述目标温度T经过一现在温度与目标温度的误差值(ε)51及一温控点(T.C_C)52及一K数值(K value)53，与一功率调整器(SCR)54，所述功率调整器(SCR)54可由K数值(K value)53调整输出功率的比例，一高温计/光测高温计(Sensor)55，所述高温计/光测高温计(Sensor)55连结于所述功率调整器(SCR)54后方至所述现在温度与目标温度的误差值(ε)51处，使所述现在温度与目标温度的误差值(ε)51可以接收现在温度作相关计算。
其提供了至少一独立区域控制的加热源(Lamp group)56、独立区域控制的功率调整器(SCR)54及K数值(K value)53、热补偿比例(Ratio)。
参阅图6所示，K数值(K value)演算法，其经由整流器61、数字、模拟信号转换(A/D)(D/A)62、65后，用程序将高温计的特性区线加以线性化63及参数化PID controller64，并成为功率控制器66的输入电流信号，调变K数值(K value)即可改变所述独立区域chamber67输出功率的目的。
参阅图7所示，是控制区域及加热源分布示意图，其为本发明一种分区施作方法，其每一控制区域70～79，均可独立控制不同数量的加热卤素灯源，图式为十个独立控制区域。
参阅图8所示，是比例、微分、积分控制(PID)参数表，其中包含有制程种类选择81(升温、降温、持温、闲置、制程结束温度、开关门温度...)、升温时间设定82、目标温度设定83(串连后即为制程目标曲线)、制程气体流量设定84(min/L)、各制程段比例、微分、积分参数设定85。
参阅图9所示，是手动测试介面，其包含有手动制程气体流量选择及控制91、手动加热区域(加热源群组Lamp group)选择92、加热区域电流值、加热源累积寿命时数监控93。
参阅图10所示，是安全监控参数介面，其包含有监控系统安全温度上、下限设定101(超过上下限即显示制程异常或系统自动关闭)、警示判定时间设定102(累积异常时间设定)。
参阅图11所示，是每一区域的电热调整器所需的输入电流信号予以参数化(K Value)的设定介面，其中包含参数线性化演算系统111、K Value、热补偿比例(Ratio)参数设定页面112、Ratio Time整体功率补偿时间设定113(避免制程温度因腔体循环冷却而随时间降低)。
一种应用于光电半导体的快速升降温制程的温度控制方法，包含有：
至少一电热调整器、一温度控制器、一温度感测器、至少两加热源及一闭回路控制系统彼此电信连结，所述闭回路控制系统进行比例、微分、积分闭回路控制及温控点控制，并回馈温度信号至一微电脑介面进行运算/分析及储存相关制程参数，进而监控并即时增/减各独立区域的所述加热源输出功率，以确保制程维持目标温度，其制程情形可即时以图控方式显示于面板，包括目标温度、实际制程温度、电热设备控制输出功率、制程气体流量、温度控制信号转换值及其它比对用温度感测器的读值。
上述所述闭回路控制系统监控方式，通过至少一热偶计或一高温计，将回馈信号与目标温度差值进行即时运算及补偿，形成系统的主要温控点，并可依制程需求将温度场分割为至少两个独立控制区域。
上述所述至少两个独立区域分别设有至少两电热调整器及至少两加热卤素灯源，所述电热调整器所需的控制输入电流，除参考温控点外，也予以个别参数化(K Value)，通过调整K value达到改变温度场的目的。
上述所述K value因一制程腔体自然对流冷却效应导致各独立控制区域温度随着制程时间缓降时，也可设定补偿时间(Ratio Time)及热补偿比例参数Ratio)。
上述所述微电脑介面包括一输出功率曲线的趋势与百分比幅度分析，所述微电脑介面可通过所述输出功率曲线的趋势与百分比幅度分析进行系统异常判断与保护，判断数据将所述次制程功率与以往制程的一数据库记录进行比对分析。
上述所述补偿时间及所述补偿参数的补偿设定，将K Value除以所设定的补偿时间，等于单位时间补偿的累加值，用来消除因系统周围边缘效应造成的热散失率，改善以往晶圆边缘反应温度不足的情形。
上述所述微电脑介面，除了控制制程温度外，也可由限制所述制程腔体一安全开门的温度，避免操作人员烧/烫伤的可能。
前文针对本发明的较佳实施例为本发明的技术特征进行具体的说明；但是，熟悉此项技术的人士当可在不脱离本发明的精神与原下对本发明进行变更与修改，而所述等变更与修改，皆应涵盖于如下申请专利范围所界定的范畴中。